4.6、4.7 光的衍射、光的偏振　激光（课件PPT)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

第四章　光 第6节　光的衍射　第7节　光的偏振　激光 课件使用说明 本课件使用Office2016制作，请使用相应软件打开并使用。 本课件文本框内容可编辑，单击文本框即可进行修改和编辑。 本课件理科公式均采用微软公式制作，如果您是Office2007或WPS 2021年4月份以前的版本，会出现包含公式及数字无法编辑的情况，请您升级软件享受更优质体验。 由于WPS软件原因，少量电脑可能存在理科公式无动画的问题，请您安装Office 2016或以上版本即可解决该问题。 [学习目标] 1. 观察光的衍射现象，认识衍射条纹的特点（物理观 念）.2.知道产生明显衍射现象的条件，会用来分析生活中的 相关现象（科学思维）.3.观察光的偏振现象，知道自然光和 偏振光的区别，知道光是一种横波（物理观念）.4.会利用偏 振知识解释生活中的相关现象，了解激光的特点及应用（科学 思维）. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 课前·教材预案 课堂·深度探究 课末·随堂演练 课时作业（二十八） 课前　教材预案 1. 衍射现象 光通过很小的狭缝（或圆孔）时，明显地偏离了 ⁠ 的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现亮条纹或亮斑，应该 属于亮区的地方也会出现 条纹或 斑的现象. 2. 发生明显衍射现象的条件 在障碍物或孔的尺寸可以跟光的波长 ，甚至比光的波 长还 的时候，衍射现象十分明显. 直线传播　 暗　 暗　 相当　 小　 知识点1　光的衍射 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 3. 衍射图样 （1）单缝衍射 单色光通过狭缝时，在屏幕上出现 的条纹，中央 为 条纹，中央条纹最 最 ，其余条纹 变 变 ；白光通过狭缝时，在屏上出现 ⁠条 纹，中央为 条纹. （2）圆孔衍射 光通过小孔时（孔很小）在屏幕上会出现明暗相间的 ⁠ ⁠. 明暗相间　 亮　 宽　 亮　 窄　 暗　 彩色　 白色　 圆环　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （3）泊松亮斑 在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影 中心有一个 ，这就是著名的泊松亮斑. 亮斑　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 衍射光栅的结构 由许多 的狭缝 ⁠地排列起来形成的光学 仪器. 2. 衍射图样的特点 与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变 ，亮度 ⁠. 3. 衍射光栅的种类 反射光栅、 光栅. 注意：双缝干涉形成的是等间距的明暗相间的条纹. 等宽　 等距离　 窄　 增加　 透射　 知识点2　衍射光栅 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 横波与纵波的特点 横波中各点的振动方向总与波的传播方向 ；纵波中各 点的振动方向总与波的传播方向在 上. ⁠波 有偏振现象. 垂直　 同一直线　 横　 知识点3　光的偏振 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. 自然光和偏振光 （1）自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂 直于传播方向上沿 方向振动的光，而且沿各个方向振 动的光波的 都相同. （2）偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个 ⁠ 的方向振动的光. 一切　 强度　 特 定　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 3. 光的偏振 偏振现象 只有沿偏振片的“ 方向”振动的光波 才能通过偏振片 结论 偏振现象表明，光是一种 ⁠波 偏振光的 形成 ①自然光通过 后，得到偏振光 ②自然光在介质表面反射时，反射光和折射光 都是 ⁠光 偏振现象 的应用　 ①把偏振片装在照相机镜头前 ②电子表的液晶显示 透振　 横　 偏振片　 偏振　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 概念 1960年，美国物理学家梅曼率先通过人工方法获得的一种 ⁠ 相同、 恒定、 方向一致的光波，这就 是激光. 频 率　 相位差　 振动　 知识点4　激光 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. 特点及应用 特点 应用 性强：激光具有频率相同、 相位差恒定、偏振方向一致的特点， 是人工产生的相干光，具有高度的相 干性 ⁠通信 度好：激光的平行度非常 好，传播很远的距离后仍能保持一定 的强度 测距，为枪 械、火炮、导弹等武器 提供目标指引 相干　 光纤　 平行　 激光　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 特点 应用 高：它可以在很小的空间和 很短的时间内集中很大的 ⁠ 用激光束切割、焊接， 医学上可以用激光做 “ ”，激发核 聚变等 亮度　 能量　 光刀　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 判断下列说法的正误. （1）光的衍射说明光不能沿直线传播. （　×　） （2）凡是波都能发生偏振现象. （　×　） （3）除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部 分光都是偏振光. （　√　） （4）用激光做双缝干涉实验时应用了激光具有高度的相干性 的特点. （　√　） × × √ √ 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. 下列四幅图片中属于光的干涉的是 ，属于光的单缝衍 射的是 ⁠. A　 B C　 D A　 B、D　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【情境导学】蜡烛照到可调节孔大小的挡板上，当孔较大时， 在光屏上形成类似孔的亮斑；当孔变得较小时，则屏上形成烛 焰的像；当孔再变小时，在屏上形成明暗相间的圆环，这是为 什么呢？你能解释吗？ 答案：当孔较大时，光沿直线传播，通过小孔形成孔状亮斑， 当孔变得较小时，由小孔成像原理，屏上出现烛焰倒立的实 像，当孔更小时，光在孔后发生衍射. 课堂　深度探究 考点1　光的衍射图样 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 三种衍射图样的特点 1. 单缝衍射 （1）单色光通过狭缝时，在屏上出现明暗相间的条纹，中央 条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝 时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹. （2）波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大；单缝 不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. 圆孔衍射 光通过小孔（孔很小）时，在光屏上出现明暗相间的圆环.如 图所示. （1）中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心 圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱. （3）用不同单色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小和位 置不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大. （4）白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周 围是彩色的同心圆环. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 3. 圆板衍射（泊松亮斑） （1）若在单色光传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现 在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑.衍射图样如 图所示. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）中央是亮斑（与圆孔衍射图样中心亮斑比较，泊松亮斑 较小），圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的 明暗相间的圆环. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【例题1】某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板 后，分别得到如图所示的衍射图样.据此可以判断出（　　） A. 甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光线射到圆板后的 衍射图样 B. 乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的 衍射图样 C. 甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲孔的直径较大 D. 甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙板的直径较大 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 思维导引：衍射条纹的特征可以用“中宽边窄”“中亮边 暗”“中白边彩”十二个字概括，其中“中白边彩”只适合于 白光光源. 答案：A　 解析：甲图的衍射图为明暗相间的圆环，而乙图为阴影的中心 有一个亮斑——泊松亮斑，故甲为光线通过圆孔后形成的衍射 图样，乙为光线射到不透光的圆板上形成的衍射图样，选项A 正确. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【变式1】（多选）关于光的衍射现象，下列说法正确的是 （　　） A. 红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹 B. 白光的单缝衍射图样是白黑相间的直条纹 C. 光照到不透明小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射 D. 光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿着直线传播，不 存在光的衍射 答案：AC　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：红光照到狭缝上产生的衍射图样是红暗相间的直条纹， 白光的单缝衍射图样是彩色条纹，选项A正确，B错误；光照 到不透明小圆盘上，在其阴影中心处出现亮斑，是衍射现象， 选项C正确；光照到较大圆孔上出现大光斑，仍存在光的衍 射，只是不明显，选项D错误. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 单缝衍射与双缝干涉的比较 　　　　名称 项目　　　 单缝衍射 双缝干涉 不 同 点 产生条件 只要狭缝足够小，任何 光都能发生 频率相同的两列光波相遇叠加 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等 考点2　单缝衍射与双缝干涉的比较 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 　　　　名称 项目　　　 单缝衍射 双缝干涉 不 同 点 条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距 亮度 中央条纹最亮，两边变 暗 条纹清晰，亮度基本 相等 相 同 点 成因 都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时 加强或削弱的结果 意义 都是波特有的现象，表明光是一种波 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【例题2】（多选）如图所示的四种明暗相间的条纹，是红 光、紫光分别通过同一个双缝干涉仪形成的干涉图样和通过同 一个单缝形成的衍射图样.图中黑色部分代表亮条纹，下列四 幅图中由红光形成的图样是（　　） A B C D 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 思维导引：（1）双缝干涉条纹是等宽的，条纹间的距离也是 相等的；而单缝衍射的条纹，中央亮条纹最宽，两侧的条纹变 窄.（2）双缝干涉条纹，从中央亮纹往两侧亮度变化很小；而 单缝衍射条纹中央亮纹最亮，两侧的亮纹逐渐变暗. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度 相同且等间距，选项A、C是双缝干涉图样，根据双缝干涉条 纹间距Δx＝λ可知波长λ越大，Δx越大，选项A是红光的干涉 图样，选项C是紫光的干涉图样；单缝衍射条纹中间明亮且宽 度大，越向两侧宽度越小越暗，且波长越大，中央亮条纹就越 宽，选项B是紫光的单缝衍射图样，选项D是红光的单缝衍射 图样；综上所述，选项A、D是红光形成的图样. 答案：AD　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【变式2】如图所示，甲、乙、丙、丁四幅图是不同的单色光 通过同一双缝或单缝形成的双缝干涉或单缝衍射图样，分析各 图样的特点可以得出的正确结论是（　　） A. 甲、乙是光的干涉图样 B. 丙、丁是光的干涉图样 C. 形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长短 D. 形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长短 答案：A　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：干涉条纹是等间距的条纹，因此甲、乙图是干涉图样， 丙、丁图是衍射图样，选项A正确，B错误；由公式Δx＝λ可 知，条纹宽的入射光的波长长，所以甲图样的光的波长比乙图 样的光的波长长，选项C错误；丙图样的光的波长比丁图样的 光的波长长，选项D错误. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 透振方向：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一 个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏 振片，这个方向叫作“透振方向”. 2. 光的偏振现象表明光是一种横波. 3. 自然光与偏振光的比较 考点3　光的偏振 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 　　种类 项目　　 自然光 偏振光 不 同 点 光的来 源 直接从光源发出的光 自然光通过偏振片后的光 或由某种介质反射或折射 的光 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 　　种类 项目　　 自然光 偏振光 不 同 点 光的振 动方向 在垂直于光的传播方向 的平面内，光振动沿所 有方向，且沿各个方向 振动的光波的强度都相同 在垂直于光的传播方向 的平面内，光振动沿某 个特定方向（与偏振片 透振方向一致） 相同点 不管是自然光还是偏振光，传播方向与振动方向 一定垂直 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 4. 偏振现象的应用 （1）照相机镜头前装一偏振滤光片，让它的透振方向与反射 光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景物清晰. （2）立体电影. （3）各种液晶显示器. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【例题3】（多选）在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个 偏振片P和Q，在Q的后边放上光屏，如图所示，则下列说法正 确的是（　　） A. Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度不变 B. Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度时强时弱 C. P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度不变 D. P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度时强时弱 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 思维导引：（1）自然光通过一个偏振片成为偏振光，透射光 的偏振方向与偏振片的方向有关，但光的强度与偏振片的方向 无关.（2）偏振光通过偏振片时，透射光的强度与偏振光的偏 振方向和偏振片的透振方向的夹角大小有关. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 答案：BD　 解析：P是起偏器，它的作用是把太阳光（自然光）转变为偏 振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P 的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂 直时，通过Q的光强最小，即无论旋转P或Q，屏上的光强都是 时强时弱，选项A、C错误，B、D正确. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【变式3】奶粉的碳水化合物（糖）的含量是一个重要指标， 可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量.偏 振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向 右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖 溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被 测样品的含糖量了.如图所示，S是自然光源，A、B是偏振 片，转动B，使到达处O的光最强，然后将被测样品P置于A、 B之间. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （1）偏振片A的作用是 　　　　　　　　　　　　　　　　. （2）偏振现象证明了光是一种 　 　. 解析：（1）自然光源发出的光不是偏振光，但当自然光经过 偏振片后就变成了偏振光，因此偏振片A的作用是把自然光变 成偏振光. 答案：（1）把自然光变成偏振光 解析：（2）偏振现象证明了光是一种横波. 答案：（2）横波　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （3）以下说法中正确的是 　　. A. 到达O处光的强度会明显减弱 B. 到达O处光的强度不会明显减弱 C. 将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片B 转过的角度等于α D. 将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最强，偏振片A 转过的角度等于α 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（3）因为A、B的透振方向一致，故A、B间不放糖溶液时，自然光通过偏振片A后变成偏振光，再通过B后到O. 当在A、B间加上糖溶液时，由于糖溶液的旋光作用，使通过A的偏振光的振动方向转动了一定角度，使通过B到达O的光的强度不是最大，但当B转过一个角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的 偏振光的振动方向一致时，O处光强又为最强，故B的旋转角 度即为糖溶液的旋光度.若偏振片B不动而将A旋转一个角度， 再经糖溶液旋光后光的振动方向恰与B的透振方向一致，则A 转过的角度也为α，选项A、C、D正确. 答案：（3）ACD 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 激光的产生 激光是原子受激辐射产生的光，发光的方向、频率、偏振方向 均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉.激光是人工产生的 相干光. 考点4　激光 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. 激光的特点及应用 特点 性质 应用 纯净 性高 激光具有频率单一、相位差恒 定、偏振方向相同的特点，是 人工产生的相干光，具有高度 的纯净性，即相干性 光纤通信；全息照 相 平行 度好 激光的平行度非常好，传播很 远的距离后仍能保持一定的 强度 精确的测距；提供 目标指引；读取光 盘上记录的信息等 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 特点 性质 应用 亮度高 它可以在很小的空间和很短的 时间内集中很大的能量 用激光束切割、焊 接；医学上可以用 激光做“光刀” 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【例题4】（多选）关于激光与自然光，下列说法正确的是 （　　） A. 激光是只含一种频率的光，而自然光是含有各种色光频率 的光，所以激光的相干性好 B. 自然光是由物质的原子发射出来的，而激光是人工产生 的，所以激光不是由物质的原子发射出来的 C. 激光和自然光都具有相同的本质，它们都具有波动特性 D. 相干性好是激光与普通光的根本区别 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 思维导引：激光是原子受激辐射产生的光，发光的方向、频 率、偏振方向均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉.激光 是人工产生的相干光. 答案：CD　 解析：激光的频率也有一定的范围，不能错误地理解激光单 色性好的含义，所有的光都是由物质的原子发射的，选项 A、B错误；激光和自然光都是光波，具有波的一切特性， 选项C正确；激光具有很好的相干性，这是普通光不具备 的，选项D正确. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【变式4】关于激光的应用问题，下列说法正确的是（　　） A. 光纤通信是应用激光平行度非常好的特点，使其在光导纤 维中传递信息 B. 计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光相 干性强的特点 C. 医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高 的特点 D. “激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了 激光亮度高的特点 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 答案：C　 解析：由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相 干性强，选项A错误；计算机内的“磁头”读出光盘上的信息 主要应用了激光的平行度好，选项B错误；医疗中的激光“光 刀”利用了激光的亮度高的特点，选项C正确；激光测距利用 了激光的平行度好的特点，选项D错误. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. （光的衍射现象）（多选）对光的衍射现象的定性分析， 下列描述正确的是（　　） A. 只有障碍物尺寸小时，光才会发生衍射现象 B. 衍射现象是光波互相叠加的结果 C. 光的衍射否定了光的直线传播的结论 D. 光的衍射为光的波动说提供了有力的证据 答案：BD　 课末　随堂演练 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：光遇到障碍物都可以发生衍射现象，只不过有明显和不 明显之分，选项A错误；衍射现象是光波互相叠加形成的，选 项B正确；光的衍射现象与光的直线传播并不矛盾，前者是波 动性的体现，后者是粒子性的体现，选项C错误，D正确. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. （单缝衍射与双缝衍射）如图甲、乙所示，是单色光通过 窄缝后形成明暗相间的两种条纹图样. 　　为单缝衍射的图 样， 　　为双缝干涉的图样. 解析：甲图中的条纹宽度不等，中央宽，两侧窄，应为单缝衍 射图样，乙图中的条纹等宽等距，应为双缝干涉图样. 答案：甲　乙 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 3. （偏振光的应用）如图所示是观看立体电影时放映机镜头 上的偏振片和观看者所戴的偏光眼镜的配置情况，其中正确的 是（　　） A B C D 答案：B　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：立体电影是利用光的偏振现象来实现的.两台放映机同 时放映着从不同角度同时拍摄的场景，并且放映机采用正好垂 直的偏振光进行放映，观众所戴的眼镜左、右镜片的透振方向 正好也相互垂直.只有透振方向与某束偏振光的偏振方向平行 的镜片才能透过该束偏振光，这样，两只镜片分别只能透过来 自两台放映机中某一台的偏振光，则观众同时能获得两束带有 不同信息的光线，在脑海中便能复合成立体感很强的场景，所 以B图所示情况正确. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 4. （激光的应用）关于激光的应用问题，下列说法中正确的 是（　　） A. 全息照相是利用激光平行度非常好的特点 B. 利用强激光产生的高压使得可控核聚变成为可能 C. 用激光束来切割或焊接较硬的材料是利用激光平行度好的 特点 D. “激光测距雷达”和用激光读取DVD光盘上的信息是利用 激光有相干性的特点 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 答案：B　 解析：全息照相利用了激光相干性好的特点，选项A错误；由 于激光的频率较高，能量较高，所以人工控制核聚变的一个可 能实现途径是利用强激光产生的高温高压引起核聚变，选项B 正确；用激光束来切割或焊接较硬的材料是利用激光能量高的 特点，选项C错误；“激光测距雷达”和用激光读取DVD光盘 上的信息是利用激光平行度好的特点，选项D错误. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 课时作业（二十八） （建议用时：40分钟） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 课时作业（二十八） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 $$